泵站有压前池流态改善措施的研究

有压前池是前池的一种特殊形式，泵站运行过程中，水流一直处于有压流状态。本文结合某自来水厂送水泵站整体水力模型试验，对有压前池的水力特性进行了研究，提出了改善不良流态的工程措施。     

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法 ,模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明 ,对具有复杂几何边界的泵站前池水流 ,特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况 ,方法非常适合。可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态 ,生成网络的计算工作量小 ,能非常方便地进行不同整流方案的计算比较 ,实用性强     

泵站前池流态的数值模拟

应用水平方向上是正交贴体坐标系、垂直方向上是笛卡尔坐标系的混合数值网络系统和三维紊流数值模拟的方法，模拟了泵站前池水流流态。计算结果表明，对具有复杂几何边界的泵站前池水流，特别是前池中设置几何尺寸相对较小的底坎、导致墩等情况，方法非常适合，可以较好地模拟出局部区域复杂的水流流态，生成网络的计算工作量小，能非常方便地进行了不同整流方案的计算比较，实用性强。     

泵站正向进水前池流态的数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对泵站的前池流态进行了数值模拟。采用Poisson变换生成正交网格，SIMPLEC方法求解离散方程。根据模拟出的流速场图和断面平均流速分析了泵站正向进水前池扩散角以及开机决策对前池流态的影响，结论与由试验经验所得的泵站设计理论完全一致。     

转弯河段重力坝组合挑流消能建筑物体型优化试验研究

针对某大型水电站采用组合挑流消能方式时其消力池下游河道转弯、水流归槽难等问题,对2种泄洪消能建筑物体型布置方案的水力特性开展对比试验,获得挑流水舌及入水形态、消力池内流态及出池水流衔接等水力参数;通过体型优化,获得了满足设计要求的推荐方案,消除原设计方案中消力池底部冲刷严重,出池水流偏离主河槽且与下游河道衔接不佳,河道水位波动较大等不利水力学条件.     

泵站前池与进水池整流数值模拟

针对田山一级泵站采用闸门控制前池与进水池水位形成了闸下射流的引水特点,提出了改善前池与进水池水流流态的整流工程措施.采用雷诺时均N-S方程,结合标准k-ε湍流模型,对整流前后的前池与进水池水流流态进行了数值模拟,计算中不考虑泥沙对水流运动的影响.结果表明,采用非连续底坎、非连续挑流坎与压水板等3种整流措施相结合的方式后,前池与进水池的闸底射流长度明显变短,表面回流基本消失,断面流速分布趋于均匀,且前池与进水池底部及水泵进口附近的流速明显减小.现场试验也表明,在实施整流措施后,在两种运行工况下,泵站装置效率分别提高了1.82%和5.96%,机组振动幅度分别下降了21和52μm,且池内泥沙淤积基本消除.     

泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟

为研究正向进水前池存在的不良流态,基于N-S方程和Realizable k-ε紊流模型,采用SIMPLE算法,数值模拟了正向进水前池中无任何措施和增设底坎整流措施的流态.CFD计算结果表明：原方案的前池两侧出现了大面积的回流区,泵站两侧机组进水条件差,水流偏斜较为明显;加底坎,且当底坎离进水池较远时,整流效果并不明显,前池内仍有大面积的回流产生,偏流依然严重;当底坎离进水池较近时,坎后旋涡直接影响到进水池的流态;通过CFD优化,底坎设在离进水池入口（7~10）D处,能明显改善前池的流态,水流能较均匀地流入各台机组;随着底坎坎高的增大,底层回流区会逐渐变小,较大回流区发生的位置也由坎后变为坎前,坎高的取值约为0.3H＇时,前池内流态较好;底坎的顶宽尺寸对前池流态的影响较小.CFD计算结果与试验结果基本吻合,研究成果对正向扩散前池流态改善有借鉴价值和实际意义.     

基于流体体积模型的泵站前池流态及组合式整流方案

为了分析某大型泵站前池水流流态,基于计算流体动力学方法,采用流体体积(VOF)模型,建立了该泵站前池的三维计算模型,进行了网格无关性验证,模拟了设计工况下前池的水流流态,发现前池两侧存在回流现象.对产生该不良流态的原因进行了分析,在此基础上,分别计算了单独布置立柱、单独布置底坎和立柱底坎联合布置方案下的水流流态,比较了不同方案的优劣并找到了设置整流措施后水流流动的规律,结果表明立柱底坎组合布置方案的整流效果优于单一措施的,水流分布更均匀.同时,计算了立柱与底坎不同间距的组合式整流方案,对比分析了不同方案下的整流流态及流速分布均匀度.对于两侧存在大尺度回流的正向前池,在立柱与出水管距离的80%处布置底坎,可使前池流速分布较为均匀.研究结果可为类似前池设置水力优化措施提供参考.     

城市污水泵站前池流态改善措施的研究

前池是泵站的重要组成部分，是引渠和进水池的衔接段。前池使得水流均匀平顺地从引渠进入进水池，为水泵运行创造良好的水力条件。但由于占地面积的限制，城市污水泵站前池面积一般较小，前池扩散段较短，因而污水进入前池后，水流难以扩散，易形成回流、漩涡等不良流态，严重时还会引起噪音、振动、汽蚀等现象，影响水泵正常运行。     

泵站进水流槽中的消能整流工

轴流泵站进水流糟的流态问题,在某些泵站已影响到了水泵的安全运行,并造成了严重后果。本文对进水流槽的消能、整流问题进行了设计试验研究,提出了有效的工程措施,其试验范围的佛汝德数为5.5～0.1。实践表明,这是一种经济、可靠、易行的措施,不仅用于泵站进水流槽的技术改造,而且可用于新建泵站及其它水利工程的消能整流,从而缩小建筑物尺寸。     

大套第三抽水站辅助设备能耗计算分析

为了解大型泵站辅助设备的能耗情况,以江苏省通榆河北延送水工程大套第三抽水站为例,介绍了大套第三抽水站辅助设备设置情况;通过分析各类辅助设备的运行情况,系统计算了辅助设备运行能耗,分析了各类辅助设备能耗的特点.结果表明,大套第三抽水站辅助设备耗能约占泵站总能耗的3.13%,其中,照明、清污和电机通风等能耗所占比例较大,各占辅助设备总能耗的1/3左右.成果可为大型泵站辅助设备的设计与节能提供参考.     

泵站前池水沙流的数值模拟

针对泵站前池内的水沙流动,基于格子Boltzmann方法和大涡模拟思想,建立了二维浅水LBM-BGK模型和泥沙数学模型的联合计算模式,进行了水沙流的数值模拟研究.介观LBM-BGK模型采用了LES的亚格子尺度应力SGS模式模拟二维浅水方程,宏观二维平面泥沙数学模型包括悬沙输运方程、河床变形方程、水流的挟沙力公式等.水流与悬沙之间的求解方法采用非耦合解模式,即先求解出水流运动控制方程,再求解泥沙输运方程,推求前池底部的冲淤变化.最后,成功地模拟了泵站前池水沙流的流速分布、水深变化和旋涡的位置和尺寸,以及泥沙的冲淤变化,流速计算结果与试验结果比较吻合.计算结果表明：此联合计算模式在一定程度上客观地、较好地重演了前池内水流的基本流态以及泥沙的冲淤变化.     

立柱对大型泵站前池和进水池流态影响的数值分析

为了研究泵站工程前池内部流态对水泵机组的效率及水力稳定性的影响.以某大型泵站为研究对象,基于3种不同增设立柱方案对前池进行整流.研究结果表明:增设立柱对前池流态有较好的改善作用,并降低了吸水喇叭管进口及水泵进口处的涡量强度,有利于提高机组水力稳定性.在保证流动损失几乎不变的情况下,等间距单排方案、等间距双排方案与非等间距双排方案的流速分布均匀度分别提高了3.13%,3.91%和4.95%,平均偏流角分别减小了1.45%,2.11%和2.66%.非等间距双排方案计算的叶轮进口压力脉动强度较等间距单排方案显著降低,其脉动系数峰值由0.016减小为0.006.对比结果显示,非等间距双排方案在前池整流中有较大优势.因此在前池中增设非等间距双排立柱可使前池流速分布较为均匀.研究结果可为类似前池设置水力优化措施提供参考.     

Three-dimensional CFD simulation of inlet structure flow in pumping station based on Eulerian solid- liquid two-phase flow model

Sediment deposition in the pumping station has a huge negative impact on unit operation.The three-dimensional CFD method has been used to simulate inlet structure flow in pumping station based on the Eulerian solid- liquid two-phase flow model. The numerical results of the preliminary scheme show that sediment deposition occurs in the forebay of pumping station because of poor flow pattern therein. In order to improve hydraulic configuration in the forebay,one modified measure reconstructs water diversion weir shape,and another measure sets a water retaining sill in the approach channel. The simulation results of the modified scheme prove that back flow in the forebay has been eliminated and the sediment deposition region has also been reduced.     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明：在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%～63.17%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.     

泵站进水流道三维流动及水力损失数值模拟

提出了将进水流道从水泵装置中分解出来单独进行数值计算的研究方法,分析了大型泵站进水流道三维流场及水力损失数值计算的区域、边界条件及网格剖分等有关问题,给出了肘形、钟形和簸箕形等3种形式进水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较.结果表明：提出的进水流道三维流动数值计算方法可以较为准确地计算进水流道的水力损失,便于对其进行模型试验验证.应用本方法可以较为方便地对进水流道的水力性能进行考核和评价,从而为进水流道优化水力设计所需的多方案比较创造条件.